Produzione globale di gas naturale negli anni. Credito:© 2020 dati dell'Agenzia internazionale dell'energia (IEA)
Continua la domanda di materie plastiche e solventi derivati da prodotti petrolchimici, che sono principalmente prodotti dalla raffinazione del petrolio nonostante la diminuzione delle riserve petrolifere globali, portando avanti la ricerca di nuovi modi per produrre i prodotti chimici di cui abbiamo bisogno.
Il metano è il componente principale del gas naturale e una materia prima promettente per la produzione di prodotti chimici industriali. Però, trasformare il metano in prodotti commerciali attualmente richiede più fasi ad alta intensità energetica. "Trovare un metodo diretto più efficiente dal punto di vista energetico sarebbe un vero vantaggio, "dice Mustafa Çağlayan, un dottorato di ricerca studente che lavora sotto la supervisione di Jorge Gascon, "ma una conversione in un solo passaggio del metano in prodotti di valore è ancora una grande sfida".
Il processo, deidroaromatizzazione del metano (MDA), richiede un catalizzatore per accelerare la reazione, e i chimici sono alla ricerca della migliore combinazione metallo-minerale per questo ruolo vitale. "Comprendere il meccanismo di reazione è fondamentale per il miglioramento di un determinato processo, " dice Çağlayan.
Però, MDA si è dimostrato difficile da osservare in azione. Basandosi sulla loro esperienza con la risonanza magnetica nucleare (NMR), una tecnica per visualizzare la struttura delle molecole, Il team di Gascon ha studiato cosa accade nelle prime fasi della reazione utilizzando un catalizzatore di molibdeno-zeolite.
I ricercatori hanno osservato le prime molecole organiche formate dal legame carbonio-carbonio nelle prime fasi della reazione. Tra questi c'era l'acetilene, un gas incolore ampiamente utilizzato come combustibile e componente chimico. "Trovare i giusti parametri NMR per visualizzare ciò che stavamo cercando è stato impegnativo, " dice il co-autore Abhishek Dutta Chowdhury, "ma abbiamo confermato l'esistenza di alcune specie intermedie ipotizzate da tempo".
I ricercatori hanno utilizzato la spettroscopia NMR a stato solido "dipendente dalla mobilità" per rilevare la formazione di legami CC diretti. Credito:© 2020; Mustafa a?layan
Hanno anche identificato due dei potenziali diversi percorsi di attivazione per il legame carbonio-idrogeno che portano alla formazione di idrocarburi utili, come il benzene, un mattone di plastica, lubrificanti, resine e gomma.
"Abbiamo trovato un modo per scattare istantanee a livello molecolare di una reazione chimica che si verifica in condizioni molto dure, " afferma Çağlayan. Tali intuizioni potrebbero aiutare a consentire una conversione del metano più efficiente, con molti potenziali vantaggi. Per esempio, il gas naturale è voluminoso e quindi molto costoso da trasportare. "Sarebbe fantastico se potessimo convertire il gas naturale in idrocarburi condensati nel sito di estrazione prima di trasportarlo, " aggiunge Çağlayan.
La conversione del metano in un'unica fase presenta ancora ostacoli. "Stiamo lavorando per evitare che il catalizzatore si disattivi troppo rapidamente, " dice Gascon. "Questo studio è un altro piccolo passo verso un uso più industriale del gas naturale".
